L'insegnamento si propone di analizzare i processi di formazione delle emissioni inquinanti nei motori termici. Verranno analizzate le problematiche relative al contenimento degli inquinanti a regime e durante le fasi di avviamento e di funzionamento a freddo del motore. Verranno introdotte le attuali tecnologie per lo sviluppo e lottimizzazione di motori ad alta efficienza ed a basso impatto ambientale. Il trasporto su strada in Europa è una delle principali fonti di emissioni di CO2 e inquinanti. Il controllo di tali emissioni è di fondamentale importanza per il raggiungimento degli obiettivi di qualità dell’aria e climatici, quali ad esempio gli impegni climatici di Parigi per il 2050. Pertanto, la decarbonizzazione ed il controllo dell’impatto di ambientale, economico e sociale del settore automotive (auto, furgoni, autobus e veicoli pesanti) rivestono un ruolo essenziale in questo processo e richiedono un adeguato “portfolio” di nuove soluzioni e tecnologie (come l'elettrificazione e i combustibili rinnovabili). Questo corso intende analizzare queste tecnologie, con particolare riferimento al loro potenziale di riduzione dell'impronta di carbonio e dell'impatto ambientale dei sistemi di propulsione per il trasporto su strada (motori termici, sistemi di motopropulsione basati su batteria o celle a combustibile). Verranno esaminati gli impatti sia con approccio “Well-To-Wheel” sia di tipo “Life-Cycle”. Il corso fornisce inoltre il quadro legislativo relativo al contenimento delle emissioni di gas serra e di inquinanti nelle più importanti regioni del mercato mondiale (come Europa, Nord America e Asia).

Conoscenza e comprensione dei fenomeni chimici e termofluidodinamici alla base dei processi di formazione degli inquinanti e di gas serra nei sistemi di propulsione. Capacità di eseguire una valutazione preliminare dell’impatto ambientale e della “carbon footprint” dei principali sistemi di propulsione emissioni. Capacitá di proporre degli interventi mirati al contenimento dell’impatto ambientale e, nello specifico, delle emissioni di gas serra.

Conoscenze dei principi della termofluidodinamica, dei sistemi di conversione dell’energia e della chimica di base. Conoscenza dei principi di funzionamento dei motori alternativi a combustione interna e dei loro componenti e sottosistemi, con particolare riferimento ai sistemi di alimentazione dell’aria, del combustibile e del sistema di combustione.

Riserve, produzione e distribuzione di combustibili per il trasporto. Principali tipologie di emissioni, loro sorgenti e processi evolutivi. Impatto ambientale delle emissioni (quali effetto serra; smog fotochimico; piogge acide). Effetti sulla salute delle emissioni. Produzione di emissioni inquinanti nei motori ad accensione comandata (SI) e per compressione (CI). Processi di formazione delle principali sostanze inquinanti e e loro dipendenza dalle variabili di funzionamento: ossidi di azoto (NOx); monossido di carbonio (CO); idrocarburi incombusti (HC); particolato (PM); ossidi di zolfo (SOx). Il contesto normativo: emissioni di inquinanti e di CO2 da veicoli; regolamentazione europea sulle batterie. Trattamento delle emissioni allo scarico in motori ad accensione comandata. Reattori termici, convertitori catalitici e loro evoluzione tecnologica, tecnologie emergenti. Sistemi di post-trattamento delle emissioni allo scarico in motori ad accensione per compressione. Catalizzatori di ossidazione. Trappole di particolato e loro rigenerazione. Catalizzatori e trappole di ossidi di azoto. Catalizzatori DENOx. Emissioni da usura freni e pneumatici. Controllo delle emissioni a bordo del veicolo durante la sua vita utile: On-Board Diagnostics e On-Board Monitoring. Metodologia per il calcolo dell’impatto ambientale e della “carbon footprint” lungo il ciclo vita di veicoli stradali. Evoluzione tecnologica dei sistemi di propulsione: combustibili rinnovabili (biocombustibili, biocombustibili avanzati, e-fuels); sistemi di propulsione basati su batterie e celle a combustibile; elettrificazione dei sistemi di motopropulsione e veicoli ibridi.

ESERCITAZIONI Esempi applicativi del calcolo dell’impatto ambientale e della “carbon footprint” lungo il ciclo vita di veicoli stradali. LABORATORI - Ottimizzazione dell'architettura e della strategia di controllo di motopropulsori ibridi - Tecniche model-in-the-loop, hardware-in-the-loop e di rapid-prototyping applicate al controllo delle emissioni in motori a combustione interna.

Il materiale didattico verrà fornito dal docente e sarà disponibile in formato pdf sul portale della didattica. Oltre a tale materiale si consiglia il seguente testo di riferimento: Heywood, J.B. Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw Hill, 2nd edition, 2018.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Exam: Compulsory oral exam;

... L’esame consiste in una prova orale finalizzata all'accertamento e verifica del raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi (descritti in dettaglio nel riquadro specifico di questa scheda). La prova orale generalmente consiste di due domande, relative alle tematiche discusse a lezione, esercitazione e/o laboratori (vedi descrizione tematiche nei riquadri Programma e Organizzazione dell'insegnamento). Se necessario ai fini dell'accertamento e verifica, potranno essere poste domande addizionali. Le prove d’esame durano in media circa novanta minuti l’una. In casi specifici identificati ed autorizzati dal docente, e sempre sotto la supervisione diretta di quest'ultimo, sarà possibile consultare il materiale didattico durante lo svolgimento della prova orale.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.